गैर आदर्श एड़ी सहप्रसरण स्थलों पर सीओ2 फ्लक्स के मापन
Summary
प्रस्तुत प्रोटोकॉल गैर-सामान्य स्थानों पर भँवर सहप्रसरण विधि का उपयोग करता है, सीमित क्षेत्र के साथ लघु कैनोपी पारिस्थितिकी प्रणालियों के सभी प्रकार के लिए लागू, पोलैंड में वर्तमान में reforested windthrow साइट पर. साइट सेटअप नियमों, प्रवाह गणना और गुणवत्ता नियंत्रण, और अंतिम परिणाम विश्लेषण को मापने का विवरण, वर्णित हैं.
Abstract
इस प्रोटोकॉल को स्थानिक और लौकिक औसत शुद्ध सीओ2 फ्लक्स (नेट पारिस्थितिकी तंत्र उत्पादन, एनईपी) में, गैर-सामान्य पारिस्थितिकी प्रणालियों में, पोलैंड में एक वर्तमान में reforested windthrow क्षेत्र पर जांच करने के लिए भँवर सहप्रसरण (ईसी) तकनीक का उपयोग करने का एक उदाहरण है। एक बवंडर घटना के बाद, एक अपेक्षाकृत संकीर्ण “कॉरिडोर” जीवित वन खड़ा है, जो प्रयोगों के इस तरह के पेचीदा भीतर बनाया गया था. इस तरह के कक्ष विधि के रूप में अन्य मापने तकनीक के आवेदन, इन परिस्थितियों में और भी मुश्किल है, क्योंकि विशेष रूप से शुरुआत में, गिर पेड़ और साइट के सामान्य महान विषमता में प्रदर्शन करने के लिए एक चुनौतीपूर्ण मंच प्रदान प्रवाह माप और फिर ठीक से प्राप्त परिणाम upscale करने के लिए. अछूता जंगलों में किए गए मानक ईसी माप के साथ तुलना में, windthrow क्षेत्रों के मामले में विशेष ध्यान देने की आवश्यकता है जब यह साइट स्थान और डेटा विश्लेषण के लिए आता है ताकि उनके प्रतिनिधित्व सुनिश्चित करने के लिए. इसलिए, यहाँ हम वास्तविक समय का एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत, सतत सीओ2 प्रवाह माप एक गतिशील रूप से बदल रहा है, गैर आदर्श चुनाव आयोग साइट है, जो शामिल हैं (1) साइट स्थान और इंस्ट्रूमेंटेशन सेटअप, (2) प्रवाह गणना, (3) कठोर डेटा छानने और गुणवत्ता नियंत्रण, और (4) अंतराल भरने और शुद्ध प्रवाह सीओ2 श्वसन और अवशोषण में विभाजित. वर्णित पद्धति का मुख्य लाभ यह है कि यह खरोंच से प्रयोगात्मक सेटअप और माप प्रदर्शन का एक विस्तृत विवरण प्रदान करता है, जिसे अन्य स्थानिक रूप से सीमित पारिस्थितिकी प्रणालियों पर लागू किया जा सकता है। यह भी कैसे अपरंपरागत साइट आपरेशन के साथ सौदा करने के लिए, गैर विशेषज्ञों के लिए एक विवरण प्रदान करने पर सिफारिशों की एक सूची के रूप में देखा जा सकता है. प्राप्त गुणवत्ता की जांच, अंतराल भरा, शुद्ध सीओ2के आधे घंटे के मूल्यों, साथ ही अवशोषण और श्वसन प्रवाह, अंत में दैनिक, मासिक, मौसमी या वार्षिक योग में एकत्रित किया जा सकता है।
Introduction
आजकल वायुमंडल-भूमि पारिस्थितिकी तंत्र कार्बन डाइऑक्साइड (सीओ2) विनिमय अध्ययन में सबसे अधिक प्रयोग की जाने वाली तकनीक भँवर सहप्रसरण (ईसी) तकनीक1है। चुनाव आयोग की पद्धति का उपयोग दशकों से किया जा रहा है और सभी पद्धति संबंधी, तकनीकी और व्यावहारिक पहलुओं से संबंधित मुद्दों का व्यापक विवरणपहलेही प्रकाशित किया जा चुका है 2,3,4. इसी तरह के प्रयोजनों के लिए इस्तेमाल किया अन्य तकनीकों के साथ तुलना में, चुनाव आयोग विधि स्थानिक और लौकिक औसत शुद्ध सीओ2 स्वत: से प्रवाह प्राप्त करने के लिए अनुमति देता है, बिंदु माप है कि जटिल में सभी तत्वों के योगदान पर विचार पारिस्थितिकी तंत्र, के बजाय परिश्रमी, मैनुअल माप (उदा., चैम्बर तकनीक) या कई नमूने लेने की आवश्यकता1.
भूमि पारिस्थितिकी प्रणालियों के अलावा, वन सी साइकिल चालन में सबसे महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं और कई वैज्ञानिक गतिविधियों ने अपने सीओ2 चक्र, वुडी बायोमास में कार्बन भंडारण और जलवायु परिस्थितियों को बदलने के साथ उनके पारस्परिक संबंधों की जांच पर ध्यान केंद्रित किया है दोनों प्रत्यक्ष माप या मॉडलिंग5| कई ईसी साइटें , जिनमें सबसे लंबे प्रवाह के रिकॉर्ड6शामिल हैं , विभिन्न प्रकार के वनों के ऊपर स्थापित किए गए 7 . आमतौर पर, माप शुरू करने से पहले साइट स्थान को सावधानी से चुना गया था, सबसे समरूप और सबसे बड़ा संभव क्षेत्र के लक्ष्य के साथ। हालांकि, अशांत वन स्थलों में, जैसे कि विंडथ्रोस, ईसी मापने वाले स्टेशनों की संख्या अभी भी अपर्याप्त है8,9,10. एक कारण साइट सेटअप को मापने में सैन्य कठिनाइयों है और, सभी के अधिकांश, अचानक प्रदर्शित स्थानों की एक छोटी संख्या. आदेश में windthrow क्षेत्रों में सबसे जानकारीपूर्ण परिणाम प्राप्त करने के लिए, यह इस तरह के एक आकस्मिक घटना है, जो अतिरिक्त समस्याओं का कारण हो सकता है के बाद जितनी जल्दी हो सके शुरू करने के लिए महत्वपूर्ण है. अछूता वन स्थलों के विपरीत, windthrow साइटों पर चुनाव आयोग माप अधिक चुनौतीपूर्ण हैं और पहले से ही स्थापित प्रक्रियाओं3से विचलित कर सकते हैं. चूंकि कुछ चरम हवा घटना स्थानिक रूप से सीमित क्षेत्रों बनाने के लिए, वहाँ एक विचारशील मापने स्टेशन स्थान और सावधान डेटा प्रसंस्करण के लिए संभव के रूप में ज्यादा विश्वसनीय प्रवाह मूल्यों के रूप में प्राप्त करने के लिए की जरूरत है. चुनाव आयोग विधि आवेदन में इसी तरह की कठिनाइयों हुई है (जैसे, समाप्त अध्ययन एक लंबी लेकिन संकीर्ण झील के ऊपर प्रदर्शन किया) जहां मापा सीओ2 fluxes कठोर डेटा छानने की आवश्यकता11,12 क्रम में उनके आश्वासन देने के लिए स्थानिक प्रतिनिधित्व.
इसलिए, प्रस्तुत प्रोटोकॉल गैर-सामान्य स्थानों पर ईसी विधि के उपयोग का एक उदाहरण है, जो न केवल विंडथ्रो क्षेत्रों के लिए डिज़ाइन किया गया है, बल्कि सीमित क्षेत्र के साथ अन्य सभी प्रकार की लघु वनस्पति के लिए (उदाहरण के लिए, लम्बे वनस्पति प्रकारों के बीच स्थित फसल भूमि)। प्रस्तावित पद्धति का सबसे बड़ा लाभ जटिल प्रक्रियाओं का एक सामान्य विवरण है, उन्नत ज्ञान की आवश्यकता होती है, साइट स्थान पसंद और इंस्ट्रूमेंटेशन से अंतिम परिणाम के लिए सेट: उच्च गुणवत्ता वाले सीओ2 का एक पूरा डेटासेट फ्लक्स. मापने प्रोटोकॉल की तकनीकी नवीनता चुनाव आयोग प्रणाली प्लेसमेंट के लिए एक अद्वितीय आधार निर्माण का उपयोग है (उदाहरण के लिए, एक परिभाषित ऊंचाई है कि एक समायोज्य के साथ एक “मिनी टॉवर” है के साथ तिपाई, विद्युत संचालित मस्तूल, की अंतिम ऊंचाई बदलने की अनुमति व्यक्तिगत जरूरतों के अनुसार सेंसर).
Protocol
Representative Results
Discussion
इस प्रोटोकॉल गैर-आदर्श साइटों पर इस्तेमाल किया जा करने के लिए भँवर सहप्रसरण (ईसी) विधि प्रस्तुत करता है (यहाँ एक reforested windthrow साइट): साइट स्थान और बुनियादी ढांचे सेटअप को मापने, शुद्ध सीओ2 प्रवाह गणना और ब?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस शोध को राज्य वन, वारसॉ, पोलैंड के महानिदेशालय (परियोजना एलएएस, नहीं OR-2717/ हम मौसम विज्ञान विभाग, Poznan जीवन विज्ञान, पोलैंड, इस प्रोटोकॉल कार्यान्वयन और अपने दृश्य संस्करण बनाने के दौरान उनकी मदद में शामिल विश्वविद्यालय से पूरे अनुसंधान समूह के लिए हमारी कृतज्ञता व्यक्त करना चाहते हैं.
Materials
| Adjustable mast with metal rails and electric engine (24 V) | maszty.net | – | Alternative basic construction. To be designed and made by professionals |
| EddyPro | LI-COR, Inc. | ver. 6.2.0. | Free commercial software for fluxes calculation. Available on a website: https://www.licor.com/env/products/eddy_covariance/software.html, on request |
| Enclosed-path infrared gas analyzer | LI-COR, Inc. | LI-7200 | One of two instruments of the eddy covariance system (EC) used for CO2 fluxes measurements. Other types of fast analyzers (>10Hz sampling frequency) can be used |
| REddyProc | – | – | Free software for EC fluxes gap filling and partitioning. Available on Max Planck Institute for Biogeochmistry: https://www.bgc-jena.mpg.de/bgi/index.php/Services/REddyProcWeb. Both online tool and R package are provided. |
| Short aluminum tower base with concrete foundation | maszty.net | – | Alternative basic construction (pioneering solution). To be designed and made by professionals |
| Sonic anemometer | Gill Instruments | Gill Windmaster | One of two instruments of the eddy covariance system (EC) used for wind speed measurements. Other types of three-dimensional sonic anemometers can be used |
| Stainless-steel tripod | Campbel Scientific, Inc. | CM110 10 ft | The basic construction for eddy covariance (EC) system. Can be constructed by yourself- materials to be found in a hardware store |
| Sunshine sensor | Delta-T Devices Ltd. | BF5 | One of the exemplary instruments for photosynthetic photon flux density measurements (PPFD). To be bought from several commercial companies. Remember to place it above the canopy, far from reflective surfaces. |
| Thermistors | Campbel Scientific, Inc. | T107 | One of the exemplary instruments for soil temperature measurements. To be bought from several commercial companies. It is advisable to have a profile of soil temperature |
| Thermohygrometer | Vaisala Oyj | HMP155 | One of the exemplary instruments for air temperature and humidity measurements. To be bought from several commercial companies. Remember to place it inside radiation shield at similar height as the EC system. |
References
- Baldocchi, D. Measuring fluxes of trace gases and energy between ecosystems and the atmosphere – the state and future of the eddy covariance method. Global Change Biology. 20, 3600-3609 (2014).
- Aubinet, M., et al. Estimates of the annual net carbon and water exchange of European forests: the EUROFLUX methodology. Advances in Ecological Research. 30, 113-174 (2000).
- Aubinet, M., Vesala, T., Papale, D. . A practical guide to measurements and Data Analysis. , (2012).
- Burba, G. . Eddy Covariance Method for: Scientific, Industrial, Agricultural, and Regulatory Applications. A Field Book on Measuring Ecosystem Gas Exchange and Areal Emission Rates. , (2013).
- Pan, Y., et al. A Large and Persistent Carbon Sink in the World’s Forests. Science. 333, 988-993 (2011).
- Wofsy, S. C., et al. Net exchange of CO2 in a midlatitude forest. Science. 260 (5112), 1314-1317 (1993).
- Luyssaert, S., et al. CO2 balance of boreal, temperate, and tropical forests derived from a global database. Global Change Biology. 13, 2509-2537 (2007).
- Knohl, A., et al. Carbon dioxide exchange of a Russian boreal forest after disturbance by wind throw. Global Change Biology. 8, 231-246 (2002).
- Lindauer, M., et al. Net ecosystem exchange over a non-cleared wind-throw-disturbed upland spruce forest-Measurements and simulations. Agricultural and Forest Meteorology. 197, 219-234 (2014).
- Schulze, E. D., et al. Productivity of forests in the Eurosiberian boreal region and their potential to act as a carbon sink – a synthesis. Global Change Biology. 5, 703-722 (1999).
- Mammarella, I., et al. Carbon dioxide and energy fluxes over a small boreal lake in Southern Finland. Journal of Geophysical Research-Biogeosciences. 120, 1296-1314 (2015).
- Vesala, T., et al. Eddy covariance measurements of carbon exchange and latent and sensible heat fluxes over a boreal lake for a full open water period. Journal of Geophysical Research-Biogeosciences. 111, 1-12 (2006).
- Burba, G., Anderson, D. . A brief practical guide to Eddy Covariance Flux Measurements. Principles and workflow examples for scientific and industrial applications. , (2010).
- Businger, J. Evaluation of the accuracy with which dry deposition could be measured with current micrometeorological techniques. Journal of Applied Meteorology and Climatology. 25, 1100-1124 (1986).
- . Eddy Pro Software Instruction Manual Available from: https://www.licor.com/documents/1ium2zmwm6hl36yz9bu4 (2017)
- Wilczak, J. M., Oncley, S. P., Stage, S. A. Sonic anemometer tilt correction algorithms. Boundary-Layer Meteorology. 99, 127-150 (2001).
- Foken, T., Lee, X., et al. Post-field quality control. Handbook of Micrometeorology: A Guide for Surface Flux Measurements. , (2004).
- Kljun, N., Rotach, M. W., Schmid, H. P. A three-dimensional backward Lagrangian footprint model for a wide range of boundary-layer stratifications. Boundary Layer Meteorology. 103, 205-226 (2002).
- Foken, T., Wichura, B. Tools for quality assessment of surface-based flux measurements. Agricultural and Forest Meteorology. 78, 83-105 (1996).
- Mauder, M., Foken, T. Impact of post-field data processing on eddy covariance flux estimates and energy balance closure. Meteorologische Zeitschrift. 15, 597-609 (2006).
- Gu, L., et al. Objective threshold determination for nighttime eddy flux filtering. Agricultural and Forest Meteorology. 128 (3-4), 179-197 (2005).
- Papale, D., et al. Towards a standardized processing of Net Ecosystem Exchange measured with eddy covariance technique: algorithms and uncertainty estimation. Biogeosciences. 3 (4), 571-583 (2006).
- Barr, A. G., et al. Interannual variability in the leaf area index of a boreal aspen-hazelnut forest in relation to net ecosystem production. Agricultural and Forest Meteorology. 126, 237-255 (2004).
- Krishnan, P., Black, T. A., Jassal, R. S., Chen, B., Nesic, Z. Interannual variability of the carbon balance of three different-aged Douglas-fir stands in the Pacific Northwest. Journal of Geophysical Research. 114, 1-18 (2009).
- Reichstein, M., et al. On the separation of net ecosystem exchange into assimilation and ecosystem respiration: Review and improved algorithm. Global Change Biology. 11, 1424-1439 (2005).
- Falge, E., et al. Gap filling strategies for defensible annual sums of net ecosystem exchange. Agricultural and Forest Meteorology. 107, 43-69 (2001).
- Ooba, M., Hirano, T., Mogami, J. I., Hirata, R., Fujinuma, Y. Comparisons of gap-filling methods for carbon flux dataset: A combination of a genetic algorithm and an artificial neural network. Ecological Modelling. 198, 473-486 (2006).
- Papale, D., Valentini, R. A new assessment of European forests carbon exchanges by eddy fluxes and artificial neural network spatialization. Global Change Biology. 9, 525-535 (2003).
- Baldocchi, D. D., Vogel, C. A., Hall, B. Seasonal variation of carbon dioxide exchange rates above and below a boreal jack pine forest. Agricultural and Forest Meteorology. 83, 147-170 (1997).
- Lloyd, J., Taylor, J. On the Temperature Dependence of Soil Respiration. Functional Ecology. 8, 315-323 (1994).
- Lasslop, G., et al. Separation of net ecosystem exchange into assimilation and respiration using a light response curve approach: critical issues and global evaluation. Global Change Biology. 16, 187-208 (2010).
- Kljun, N., Calanca, P., Rotach, M. W., Schmid, H. P. A simple two-dimensional parameterisation for Flux Footprint Prediction (FFP). Geoscientific Model Development. 8, 3695-3713 (2015).
